Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные представления о путях повышения производительности, точности и качества обработки профиля поверхности колец приборных подшипников 14
1.1. Технологические особенности процесса бесцентрового шлифования колец подшипников на жестких опорах 15
1.2. Влияние режимов шлифования и характеристик абразивного инструмента на производительность процесса 23
1.3. Современное представление о формировании геометрических параметров поверхности при шлифовании 25
1.4. Связь геометрических параметров поверхности приборных подшипников с их надёжностью и долговечностью 30
1.5. Методы и средства измерения параметров микрогеометрии сложных поверхностей 33
1.6. Выводы. Цель и задачи исследований 35
Глава 2. Модель деформации кольца подшипника в процессе бесцентрового шлифования на жестких опорах . 38
2.1. Создание модели и исходные данные 39
2.2. Расчет сил резания при профильном шлифовании . 41
2.3. Моделирование процесса шлифования в программе ANSYS.. 43
2.4. Результаты расчетов в программе ANSYS 47
Глава 3. Исследование микрогеометрии поверхности дорожек качения внутренних колец приборных подшипников оптико-электронным комплексом 54
3.1. Методика оценки микрогеометрии поверхности оптико-электронным комплексом 54
3.1.1. Оптико-электронный комплекс и программное обеспечение 54
3.1.2. Подготовка эталонных образцов 56
3.1.3. Обработка видеоизображений и получение бинарных изображений поверхности 57
3.1.4. Создание корреляционных поверхностей 58
3.1.5. Построение бинарных корреляционных поверхностей и расчеты параметров корреляционной поверхности 60
3.2. Идентификация геометрических параметров поверхности, полученных оптико-электронным методом . 62
3.3. Анализ дефектов при профильном шлифовании дорожек качения 69
Глава 4. Исследование процесса бесцентрового профильного шлифования дорожек качения колец приборных подшипников на жестких опорах 75
4.1. Методика проведения экспериментов 75
4.1.1. Технические требования и технология обработки колец приборных подшипников на ООО «ЗПП» 75
4.1.2. Методика экспериментальных исследований производительности процесса 78
4.1.3. Методика определения геометрических параметров дорожек качения колец подшипников 79
4.1.4. Методика исследования качества СОЖ 81
4.2. Исследование влияния СОЖ на качество поверхности дорожки качения колец приборных подшипников 86
Глава 5. Оптимизация процесса бесцентрового профильного шлифования на жестких опорах 96
5.1. Моделирование режимов бесцентрового профильного шлифования 98
5.2. Расчет оптимальных режимов шлифования 101
Глава 6. Технико-экономическая эффективность результатов исследований . 105
6.1. Показатели эффективности процесса 105
6.2. Методика расчета экономической эффективности 110
Заключение 113
Библиографический список 115
Приложение 1 128
Приложение 2 130
Приложение 3 131
Приложение 4 132
Приложение 5 134
Приложение 6 135
Приложение 7 137
- Современное представление о формировании геометрических параметров поверхности при шлифовании
- Анализ дефектов при профильном шлифовании дорожек качения
- Методика исследования качества СОЖ
- Показатели эффективности процесса
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В практике современного производства приборных подшипников происходит постоянное ужесточение требований к долговечности, надежности и точности геометрических параметров деталей. При изготовлении прецизионных деталей основная трудоемкость приходится на операции шлифования колец подшипников, которые обеспечивают требуемую производительность процесса и формируют основные геометрические параметры точности и качества поверхностей. Профильное шлифование на жестких опорах дорожек качения внутренних колец приборных подшипников применяют на заключительном этапе технологического процесса благодаря его высокой производительности, технологической надежности и возможности полной автоматизации. Наибольшие трудности вызывает стабильное обеспечение геометрических параметров точности, качества дорожек качения колец и отсутствия дефектов на рабочих поверхностях деталей подшипников в зависимости от следующих технологических факторов: схемы и режимов шлифования, состояния оборудования, состава технологических сред, характеристики шлифовальных кругов, изменяющейся силовой, динамической и температурной ситуации в процессе шлифования.
Повышение точности и качества поверхностей колец подшипников сопровождается неуклонным ужесточением требований к достоверности результатов их измерения, к точности измерительных приборов и методам обработки данных.
В связи с этим повышение производительности процесса шлифования и обеспечение требуемых геометрических параметров микрорельефа обработанных поверхностей при бездефектном шлифовании дорожек качения внутренних колец приборных подшипников является актуальной проблемой.
Целью работы является повышение производительности обработки, обеспечение точности и качества поверхности дорожек качения внутренних колец приборных подшипников при шлифовании на жестких опорах.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-
Проведен анализ существующего технологического процесса профильного шлифования дорожек качения внутренних колец подшипников на жестких опорах и определены пути повышения его производительности.
-
Разработана конечно-элементная модель процесса профильного шлифования дорожек качения внутренних колец приборных подшипников на жестких опорах, учитывающая режимы обработки и параметры наладки.
3. Разработана методика оценки микрогеометрии и дефектов поверхности
при шлифовании дорожек качения колец подшипников на жестких опорах с
использованием оптико-электронного комплекса.
4. Проведены исследования влияния СОЖ на производительность
обработки и геометрические параметры точности и качества поверхности
(шероховатость, волнистость, точность формы, дефекты, прижоги и др.) при профильном шлифовании дорожек качения внутренних колец подшипников.
-
Исследовано влияние чистоты СОЖ на образование дефектов поверхностей дорожек качения при профильном шлифовании.
-
Определены оптимальные режимы обработки при профильном шлифовании дорожек качения внутренних колец подшипников в зависимости от геометрических параметров точности и качества поверхности, состава и чистоты СОЖ.
7. Проведены технико-экономический анализ и опытно-промышленная
проверка, результаты исследования внедрены в производство.
8. Внедрен в действующее производство на операции шлифования оптико-
электронный комплекс для исследования микрогеометрии и дефектов
поверхности дорожек качения колец прецизионных подшипников.
Основные научные положения, составляющие научную новизну работы и выносимые на защиту:
1. Конечно-элементная модель и результаты теоретических исследований
процессов деформации и образования отклонения от круглости дорожек качения
колец подшипников при шлифовании на жестких опорах.
2. Методика определения шероховатости и дефектов на рабочей
поверхности внутренних колец подшипников оптико-электронным комплексом на
основе создания квазиоптимальных корреляционных алгоритмов.
3. Регрессионные зависимости, связывающие параметры шероховатости
поверхности Ra, Rz, Rmax дорожек качения внутренних колец приборных
подшипников с амплитудой автокорреляционной функции.
4. Результаты экспериментального исследования влияния состава и чистоты
СОЖ на производительность шлифования на жестких опорах колец приборных
подшипников.
5. Результаты экспериментального исследования влияния режимов
шлифования, а также состава и чистоты СОЖ на качество поверхности и
образование дефектов при шлифовании.
6. Системно-структурный подход к оптимизации процесса профильного
врезного шлифования, в котором обобщены и дополнены технические
ограничения по следующим исходным данным: амплитуде автокорреляционной
функции поверхности дорожки качения, допустимому отклонению от круглости
дорожки качения и температуре шлифования.
Практическая значимость работы заключается:
1. В разработке и внедрении оптико-электронного комплекса для
исследования шероховатости и дефектов поверхности дорожек качения колец
подшипников, полученных при шлифовании.
-
В определении оптимальных режимов профильного шлифования дорожек качения в зависимости от СОЖ. Установлено, что применение водной СОЖ вместо масляной повышает производительность шлифования в 1,7 – 2,0 раза.
-
В уменьшении брака по дефектам на рабочей поверхности внутренних колец подшипников с 5% при шлифовании с применением масляной СОЖ до
1…1,5 % при использовании водной СОЖ.
-
Во внедрении результатов исследований при изготовлении приборных подшипников на ООО «Завод приборных подшипников» (ООО «ЗПП», г. Самара) с общим экономическим эффектом 216180 руб.
-
Во внедрении результатов научно-исследовательских работ в учебный процесс при проведении лабораторных работ и выполнении магистерских диссертаций по направлению 15.04.05 – Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств.
Методология и методы исследований. Достижение цели и решение поставленных задач в работе обеспечены применением современных методов исследований, базирующихся на основных положениях технологии машиностроения, математического моделирования с использованием численно-аналитических методов, теории измерений и погрешностей, теории корреляционного анализа, теории вероятностей и математической статистики.
Экспериментальные исследования проведены на промышленном оборудовании при шлифовании колец подшипников. Качество поверхности исследовали в измерительной лаборатории ООО «ЗПП» с использованием аттестованных измерительных средств, а также с применением оптико-электронного комплекса и методов регрессионного и дисперсионного анализов.
Степень достоверности и апробации результатов. Достоверность результатов подтверждается корректным сравнением результатов теоретических и экспериментальных исследований, применением современных методик и оборудования. Результаты диссертационной работы апробированы и приняты к внедрению на предприятии: ООО «Завод приборных подшипников» (г. Самара).
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Высокие технологии в машиностроении» (г. Самара, 2011, 2012, 2013, 2014 г.г.); «Современные компьютерные технологии фирмы «Delcam» в науке, образовании и производстве» (г. Самара, 2013 г.); «Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы» (г. Самара, 2014 г.); «Актуальные проблемы автотранспортного комплекса» (г. Самара, 2014 г.); «Актуальные проблемы трибологии технических, энергетических и транспортных машин» (г. Самара, 2014 г.); «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (г. Самара, Самарский университет имени ак. С. П. Королева, 2016 г.).
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Диссертационная работа содержит в себе решение актуальной научно-технической задачи – повышение производительности, обеспечение точности и качества операции профильного шлифования дорожек качения внутренних колец приборных подшипников на жестких опорах. Содержание исследований соответствует специальности 05.02.07 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки». Области исследования: № 2 (теоретические основы, моделирование и методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки, включая процессы комбинированной обработки с наложением различных физических и химических
воздействий).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано четырнадцать печатных работ, в том числе три публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 125 наименований, изложена на 137 страницах, содержит 10 таблиц, 53 рисунка.
Современное представление о формировании геометрических параметров поверхности при шлифовании
Оценка геометрических параметров поверхности в процессе шлифования дорожки качения колец подшипников (шероховатость, волнистость, гранность, отклонение формы, отклонение профиля и др. параметры) в известной степени зависят от полноты и глубины обобщения теоретического и экспериментального материала, накопленного в этой области. Существует множество литературных источников [16, 17, 25, 30, 31, 37, 46, 50 - 52, 66, 77, 85, 93, 108, 115, 123 и др.], в которых приведены данные о влиянии характеристик ШК, кинематики и динамики процесса шлифования и физико механических свойств обрабатываемого материала на геометрические параметры точности и качества обрабатываемой поверхности.
В трудах Л. Н. Филимонова и Н. В. Носова и др. [54, 62, 63, 94] большое внимание уделяется вопросам формирования микрогеометрии обработанной поверхности. Авторы предлагают определять высоту микрорельефа Rz, учитывая образование наплывов и дефектов при пластической деформации: где hH - высота элементарного режущего профиля, определяемая по профилограмме поверхности круга; п - число наложений в продольном и поперечном направлении; hM - максимальная высота наплывов (дефектов); -показатель степени (декремент затухания); az - толщина срезаемого слоя; и - показатели степени.
Авторы определяли влияние пластической деформации металла на высоту микрорельефа в зависимости от марки обрабатываемого материала, радиуса округления вершин зёрен и толщины срезаемого слоя. Установлено, что в зависимости от режимов шлифования работа пластической деформации увеличивается на 90 - 95 % [95], что ведет к большей вероятности образования дефектов. Возможен и более простой подход к оценке высоты микрорельефа обработанной поверхност Rz = Cz az + hH, где Cz - коэффициент пропорциональности.
Таким образом, образование наплывов и связанных с ними дефектов при шлифовании за счет работы деформирующих зёрен неизбежно. Для определения максимальной высоты наплывов произведено сравнение площади стружечной канавки Fcmp и площади наплывов FH.
Приравняв площади Fcmp FH, была выражена максимальная высота наплыва (дефекта):
Расчеты показывают, что hHtnax всегда больше az. Так, например, при az = 0,002 мм ир3 = 0,02 мм, hmax = 0,0067 мм, тогда высота микронеровностей Rz = 0,002+0,0067 = 0,0087 мм [43].
Таким образом, с учетом образования наплывов при шлифовании высоту микрорельефа Rz автор [62] предлагает рассчитывать по следующей формуле Rz = az + hHmax(єн.0. - Сн Vk).
Толщина срезаемого единичным зерном слоя az определялась многими исследователями [1, 43, 46, 68, и др.]. Г.Б. Лурье [43] при расчете учитывал связь производительности Qy с толщиной срезаемого слоя:
Для расчета величины az по приведенной формуле необходимо знать величину Nt, которая, в свою очередь, зависит от уровня разрезки tk. Как правило, величиной tk задаются при известном законе распределения Nt по высоте круга. Величину Nt определяют экспериментально, tk = 0,1.. .0,2 [43].
В. И. Островский [68] определяет az через распределение расстояний между зёрнами ШК в окружном и радиальном Н направлениях, что, на наш взгляд, является более правильным:
Аналогичная формула предложена Е. Н. Масловым [46] для расчета величины az тах.
Автором [43] получена эмпирическая зависимость по определению величины az для продольного сечения среза в виде запятой - az = 2 Sz y/t/D.
Сравнение расчетов, по приведенным формулам, показывает значительный разброс величины az. Анализ схем стружко образования и экспериментальные замеры az позволили автору рекомендовать, в качестве наиболее близкого к фактической форме среза, расчеты по формуле для треугольной пирамиды.
Согласно анализу, проведенному А. В. Якимовым [106], коэффициент шлифования колеблется от 2,6 до 2,2, что подтверждается результатами экспериментальных исследований других авторов (Кш = 1,7.. .3) [32].
Найдем величину az через относительную критическую глубину внедрения зерен из формулы, предложенной [62]:
Предложенной методикой можно пользоваться при выборе оптимальных характеристик ШК при минимально необходимых режимных параметрах.
Для того чтобы учесть влияние продольной подачи S] при расчете высоты шероховатости можно воспользоваться формулой Е. Н. Маслова [46]
Исследованиями [3, 57, 62, 64, и др.] установлено, что с увеличением S2 величина Ra повышается. Анализ экспериментальных данных показал, что при чистовых режимах шлифования - S2 = 0,15. ..0,25 мм/мин величина Ra меньше, чем при шлифовании на получистовых - S2 0,3 мм/мин.
Обработка опытных данных, предложенная Е. Н. Масловым [46], позволила получить эмпирическую формулу по расчету шероховатости поверхности
Рассмотрим пример расчета шероховатости поверхности при профильном врезном шлифовании дорожки качения. В формуле Е. Н. Маслова [46] показатель степени Ua и h равны 0, поэтому формула имеет вид
Находим показатели степени при Са = 70 - 0,6-55 = 37 и подставляем в формулу (1.11). Получим при черновом шлифовании
Таким образом, данную формулу можно использовать для инженерных расчетов, т.к. опытные данные совпадают с результатами исследований других авторов [1, 31, 43, 46, 54, 62, 64, 68 и др.].
Анализ дефектов при профильном шлифовании дорожек качения
Наиболее сложной задачей является классификация и определение параметров дефектов, полученных при шлифовании. Контроль дефектов производился на микроскопах. Анализ технологии контроля дефектов внутренних колец приборных подшипников после операций шлифования на ООО «ЗПП» показал, что оптические методы контроля не дают существенных результатов.
Дефекты поверхности дорожек качения колец подшипников исследовались с помощью оптико-электронного комплекса и методики, приведенной в разделе 3.1. Дефекты на поверхности появились как результат контактных взаимодействий абразивных зерен и отходов шлифования с поверхностью заготовки. Для оценки дефектов была принята степень относительной значимости дефектов, которая определялась по результатам их сравнения между собой по определенным признакам[10]. Авторы, предложили использовать метод расстановки приоритетов, основанный на коллективной экспертной оценке. Метод состоял из последовательных процедур, описанных ниже.
Пусть имеется на поверхности дорожки качения подшипника дефект -X, образование которого происходит под влиянием Y - факторов, по которым эти объекты будут сравниваться.
Величина относительной значимости (или приоритета по г-му признаку) каждого объекта в общей сумме определятся методом итерации первого уровня [10]: где Zt - значение приоритета объекта по конкретному признаку, Btj -коэффициент, являющийся аналогом представления о превосходстве /-го объекта над /-м.
Каждый такой элемент/Q означает относительное число приоритетов данного дефекта. Найденные Kt и будут параметрами дефектов.
Экспериментальные исследования показали, что основные факторы, влияющие на образование дефектов при шлифовании следующие: скорость вращения заготовки, м/мин (1); поперечная черновая подача, мм/мин (2); по перечная чистовая подача, мм/мин (3); выхаживание, с (4); поперечная подача при правке, мм/дв. ход (5); марка СОЖ (6); чистота СОЖ (7).
Исследования микрогеометрии поверхности дорожек качения внутренних колец приборных подшипников на оптико-электронном комплексе осуществлялось при следующих режимах: формат кадра 120 х 140 пк, базовое окно размером эталона 9 х 9 пк, угол наклона источника света 45, по длине дуги кольца снималось 10 кадров и если на одном изображении обнаруживались дефекты, кольцо считалось в целом бракованном. Таким образом, из 500 колец, прошедших исследование, типичные дефекты представлены на 27 кольцах (рис.3.14).
По результатам проведенных исследований были выделены следующие признаки дефектов на рабочей поверхности дорожки качения колец подшипников: 1 – вкрапление осколков зерен в поверхность (фото № 1, 17 рис.3.14); 2 – наплыв (фото № 15, 22); 3 – несплошности (фото № 25); 4– микропроточины (фото № 8, 11); 5 – налипание обрабатываемого материала (стружки) на поверхность (фото № 3, 7); 6 – пропахивание (фото № 10, 13); 7 – лунка (фото № 1, 4, 16); 8 – выкрашивание (фото № 2, 6, 18); 9 – локальные разрушения (фото № 26).
Глубина дефекта определялись по разнице параметров Аср поверхности, полученных при наличии дефекта (Асрi) и без него (Асрj) Аср = Асрi – Асрj. Полученное значение подставлялось в формулу для расчета глубины риски Rzд = 0,14 + 0,07Аср, мкм. Например, при шлифовании на поверхности появился дефект, который повлиял на величину Асрi = 14,0, а Асрj= 13,4, тогда глубина дефекта Rzд =0,182 мкм, при Rа = 0,058 мкм.
Из приведенных данных видно, что наиболее значимыми факторами, влияющими на образование дефектов, являются факторы 2, 5, 6, 7, т.е. поперечная подача при правке ШК, поперечная черновая подача при шлифовании, вид и качества очистки СОЖ.
По результатам проведенных исследований дефектов поверхности дорожек качения внутренних колец подшипников при профильном шлифовании с применением масляной СОЖ были выделены следующие причины:
Причина 1. Дефекты в виде следов (вмятин) от внедрения абразивных зерен на рабочей поверхности дорожки качения связаны с тем, что в процессе шлифования не выполняются технологические режимы обработки, в частности отсутствует выхаживание, или недостаточна длительность этого процесса.
Причина 2. Возникновение дефектов в виде царапин связано с некачественной очисткой СОЖ. Частицы абразива после попадания с СОЖ в зону резания мгновенно закрепляется между поверхностью круга и заготовки и производят работу резания до тех пор, пока силы резания не раздавят осколок зерна, образуя в конце движения вмятину.
Причина 3. Дефекты, в виде сгустков стружки свидетельствуют о некачественной магнитной сепарации СОЖ.
Причина 4. Дефекты, расположенные по краям поверхности дорожки качения, связаны с воздействием свободного абразива, находящегося в СОЖ, на поверхность дорожки качения подшипников.
Методика исследования качества СОЖ
Исследование процесса шлифования проводилось с СОЖ следующих составов: масляная СОЖ (масло индустриальное ИС – 12 – 97%, олеиновая кислота – 3%), водная СОЖ (3% – ная эмульсия АРС – 21М, дистиллированную воду).
Эффективность очистки СОЖ определялась при врезном круглом наружном шлифовании внутренних колец подшипников. В работе предложено использовать при шлифовании дорожки качения приборных подшипников модельную установку по очистке водной СОЖ, состоящую из трех очистителей (рис.4.4) [12, 13].
Установка по очистке СОЖ от механических жидкостных примесей, применяемая в исследовании, состояла из 3 ступеней: 1 ступень – тонкослойный гравитационный очиститель, скорость движения СОЖ – 0,006 м/с, площадь рабочего проема S = 0,038 м2, 2 ступень – тонкослойный гравитационный очиститель, скорость движения СОЖ – 0,003 м/с, площадь рабочего проема S = 0,075 м2, 3 ступень – фильтр с загрузкой из кварца. Производительность установки по очистке водной СОЖ составила Q = 13 л/мин. Принцип действия осадительно-фильтровальной установки:
1) На первой ступени в зазоре между осадительными пластинами происходило осаждение в основном крупных абразивных частиц (именно они в первую очередь выпадают из СОЖ), а также части крупных металлических примесей – агрегатов и комков. Металлические частицы представляли собой сливную микростружку и отдельные фрагменты;
2) На второй ступени вследствие снижения скорости движения СОЖ в 2 раза обеспечивалось достаточно полное выпадение в осадок комков и отдельных микростружек, частично пропускались главным образом отдельные микростружки и их фрагменты, а также тонкие осколки абразивных зерен (dстр 50 мкм);
3) На третьей ступени на поверхность песка выделялись посторонние масла, а также продукты разложения СОЖ в зонах резания (продукты термопиролиза). В результате в массе кварцевого песка накапливалась масса жидкого маслянистого продукта, загрязненного механическими примесями.
На рисунке 4.5 (а) показана установка для очистки масляной СОЖ, которая используется на заводе и установка по очистке водной СОЖ (б).
В ГОСТ Р 50558 приведены следующие критерии эффективности очистки СОЖ от механических примесей и их предельные показатели при круглом наружном шлифовании:
1. Остаточная концентрация механических примесей в СОЖ Со, г/л, для черновых режимов Со = 0,4 г/л, для чистовых Со = 0,1 г/л;
2. Степень очистки , позволяющая оценить относительное удаление частиц механических примесей из СОЖ: = 1 —-, для черновых режимов = 0,99, для чистовых = 0,995;
3. Средний размер частиц механических примесей в СОЖ du, мкм: для черновых режимов du = 30 мкм, для чистовых du = 5 мкм.
Проведены исследования качества очистки масляной и водной СОЖ и эффективность работы установок.
В результате исследования установлено, что в состав масляной СОЖ после шлифования входят: абразивные частицы (цельные зерна, выкрашивающиеся во время правки, и осколки зерен); металлическая микростружка и комки из нее; фрагменты стружки.
Концентрация частиц механических примесей после черновой и чистовой обработки на входе в установку по очистке масляной СОЖ составила 0,6...0,8 г/л, что соответствует достаточно интенсивному процессу шлифования. Размер (диаметр) du средней эквивалентной частицы механических примесей оседающей со скоростью реальной частицы, до очистки СОЖ составлял 45.. .50 мкм (рис.4.6).
Концентрация частиц механических примесей в очищенной масляной СОЖ не превышала 0,15...0,16 г/л. Величина степени очистки при исследованиях составила е = 0,97...0,98. Размер (диаметр) du средней частицы после очистки составлял 10... 15 мкм.
Таким образом, было установлено, что система по очистке масляных СОЖ не удовлетворяет техническим стандартам, а модернизация системы по очистке масляных СОЖ потребовала бы значительных материальных затрат.
Микрофотографии проб очищенной водной СОЖ представлены на рис.4.7.
При исследовании процесса бесцентрового шлифования дорожек качения колец подшипников с водной СОЖ было обработано 900 колец (3 смены работы станка). Пробы отбирались до очистки и после очистки водной СОЖ.
Данная установка обеспечила эффективную очистку водной СОЖ от крупных абразивных частиц, микростружки и комков (путанки) из нее, а также от крупных фрагментов микростружки, и очищенная СОЖ соответствовала принятым стандартам.
Процесс удаления побочных продуктов очистки (механических и жидкостных примесей) производился вручную путем разборки очистителей и их промывки.
В результате испытаний установлено:
1. В состав загрязненной водной СОЖ входят: абразивные частицы (цельные зерна, выкрашивающиеся во время правки круга, и осколки зерен); металлическая микростружка и комки из нее; фрагменты стружки.
2. Концентрация частиц механических примесей в очищенной СОЖ не превышала 0,05…0,06 г/л. Величина степени очистки СОЖ при испытаниях составила = 0,995. Размер (диаметр) dи средней эквивалентной частицы механических примесей, оседающей со скоростью реальной частицы, до очистки СОЖ составлял 45…50 мкм.
3. Размер (диаметр) d0 средней частицы после очистки составлял 5 мкм. Остаточная концентрация жидкостных примесей в СОЖ в результате эксплуатации не превышала 1 %.
Исследования показали, что после шлифования колец с водной СОЖ, количество дефектов на дорожке качения уменьшилось и составило 1…1,5 % (рис.4.8). Дефекты по своей форме и конфигурации аналогичны дефектам, полученным при шлифовании с масляной СОЖ, однако их глубина значительно меньше, и встречаются у меньшего количества колец.
Показатели эффективности процесса
Эффективность использования результатов исследований процесса шлифования дорожки качения колец приборных подшипников связана с повышением производительности обработки путем оптимизации режимов шлифования (сокращением машинного времени). При этом, обязательным условием является обеспечение требуемого качества шлифованных деталей (шероховатости, волнистости, отклонения от круглости, точности профиля, отсутствие дефектов шлифования).
Рассмотрим экономическую эффективность от применения водоэмульсионной СОЖ на операции профильного шлифования дорожки качения внутреннего кольца приборного подшипника №2000083S вместо использования масляной СОЖ и технологии ее очистки от механических примесей (см. таблица 6.1). Операция шлифования внутренних колец подшипников осуществлялась на круглошлифовальном станке модели «Брайант М – 1» на жестких опорах, шлифовальным кругом следующих характеристик: 91АF320M9V22 (91А М40 С19К22), размер круга нового 355х16х127, размер круга изношенного 280х16х127.
В соответствие с этими расчетами строим цикл обработки профиля дорожки качения колец подшипников с применением масляной СОЖ. При обработке масляной СОЖ принимаем цикл операции по новой операционной карте: черновая поперечная подача S2черн = 0,66 мм/мин (Ra = 0,12 мкм), припуск на черновую обработку Zпз = 0,2 мм, штучное время на черновую обработку tшт1 = 0,3 мин.; чистовая поперечная подача S2чист = 0,4 мм/мин (Ra = 0,08 мкм), припуск на чистовую обработку Zпз = 0,1 мм, tшт1 = 0,25 мин; выхаживание tшт1 = 0,07 мин. Итого общее технологическое время составит tшто = 0,72 мин (43 с), что несколько больше, чем по технологической карте разработанной заводом Tшто = 0,53 мин (32 с).
При обработке водной СОЖ принимаем следующий цикл обработки: черновая поперечная подача S2черн. = 1,8 мм/мин (Ra = 0,12 мкм), припуск на черновую обработку Zпз = 0,2 мм, штучное время на черновую обработку tшт1 = 0,11 мин; чистовая поперечная подача S2чист = 1,09 мм/мин (Ra=0,08 мкм), припуск на чистовую обработку Zпз = 0,1 мм, tшт1 = 0,09 мин; выхаживание tшт1 = 0,04 мин.
Итого общее технологическое время составит tшто = 0,24 мин (15 с).
Таким образом, производительность процесса обработки профиля дорожки качения подшипников при использовании водной СОЖ, вместо масляной, повысилась в 1,7 – 2,0 раза.
Для определения экономической эффективности использования результатов исследований в промышленности выполнили расчет и анализ технологической себестоимости, состоящей только из суммы тех издержек, которые непосредственно связаны с данным вариантом технологического процесса и им обусловлены (см. таблица 6.2).
Сравнение сумм затрат по вариантам позволяет определить величину годового экономического эффекта от применения СОЖ на 1 станок: Эгс = (СN1 – CN2 ) + Eн (К1 – К2), (6.1) где CN1 – стоимость масляной СОЖ в год, руб. (стоимость 1 л масляной СОЖ – 100 руб., расход 110 л на 1 станок, замена СОЖ производится 2 раза в год), CN2 – стоимость водной СОЖ в год при работе на 1 станке, руб. (стоимость 1 м3 – 1000 руб., на 1 станок требуется 3 м3); К1 и К2 – капиталовложения (стоимость установок для очистки СОЖ, К1 = 20000 руб. и К2 = 50000 руб.) по 1 и 2 вариантам, руб.; Ен – нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности (0,1).
Тогда экономический эффект от применения водной СОЖ составит Эгс = (100110 – 31000) + 0,1(20000–50000) = 8000 – 3000 = 5000 руб.
При расчете годовой экономии, получаемой в результате уменьшения расхода шлифовальных кругов и правящих инструментов Эгэ, использовали формулу Эгэ = (Cгк1 – Cгк2) + (Cгп1 – Cгп2), (6.2) где Сгк1 и Сгк2 – стоимость годового расхода шлифовальных кругов соответственно по 1 и 2 вариантам технологического процесса, руб.; Сгп1 и Сгп2 – стоимость годового расхода правящих инструментов соответственно по 1 и 2 вариантам технологического процесса, руб.